试题详情
简答题简述薄膜材料的形成过程，什么是分子束外延？什么是超晶格？
  • 薄膜形成过程：一般分为凝结过程，岛形成与结合生长过程。
    大多数薄膜都是以岛状形式形成和长大，即在基体表面上吸附原子凝结后，在表面上扩散迁移形成晶核，晶核再结合其它吸附原子逐渐长大形成小岛，岛再结合其他气相原子便形成薄膜，因此薄膜形成是由形核开始的。
    形核首先经历吸附与凝结过程，原子相互碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上；这种原子团和其他吸附原子碰撞结合或释放出一个单原子，这个过程反复进行，使原子团中的原子数超过某一临界值，成为临界核，临界核继续与其他原子碰撞结合，只向长大方向发展形成稳定的原子团，称为稳定核；稳定核再捕获其他吸附原子，或者入射原子束中的气相原子直接碰撞在稳定核上被粘附，使稳定核进一步长大成为小岛。通过上述讨论可知，薄膜形成经历了吸附，凝结，临界核形成与长大，稳定核形成长大，最后成为小岛的物理过程。
    实际上形核长大只是薄膜形成的开始，薄膜形成的过程是指形成稳定核之后的过程；同样，薄膜生长模式是指薄膜形成的宏观方式。在稳定膜形成之后，岛状薄膜的形成过程，分为岛状、联并、沟道和连续膜四个阶段。岛状阶段是指在核长大变成小岛的过程中，平行基体表而方向的长大速度明显大于垂直方向的长大速度，说明基体表面上吸附原子的扩散迁移碰撞结合是主要的。联并阶段是指岛在不断长大过程中，岛间距离逐渐缩小，最后相邻小岛相互联接合并成一个大岛。沟道阶段是在岛联并后，新岛继续长大，当岛的分布达到临界值时，小岛相互聚结形成网状结构。网状结构中不规则地分布着5—20nm宽的沟渠。连续膜阶段是在沟渠和孔洞消失之后，入射的气相原子直接吸附在薄膜上，通过联并作用形成不同结构的薄膜。
    分子束外延：是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。
    超晶格：由两种或以上不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。薄层厚度d远大于材料的晶格常数a，但接近或小于电子的自由程。

  • 关注下方微信公众号，在线模考后查看

热门试题